44003

Розробка установки для зварювання прямолінійних швів товстостінної обичайки неплавким електродом у середовищі інертного газу

Дипломная

Производство и промышленные технологии

До того у зв’язку із значною вартістю і істотними складнощами робіт по виправленню дефектів швів особливо важливим є питання вибору оптимальних параметрів процесу зварювання і їх підтримки впродовж усього технологічного циклу. Слід зазначити що розширення технологічних можливостей і підвищення продуктивності дугового зварювання неплавким електродом також є вельми важливим. Спрощення технології складання деталей під зварювання зниження кутових деформацій звуження зони термічного впливу сприяють більш широкому застосуванню технологій...

Украинкский

2013-11-10

367 KB

14 чел.

Вступ.

У теперішній час титанові сплави широко використовують у промисловому виробництві, зокрема при виготовленні авіаційних конструкцій і об’єктів хімічної промисловості. Специфіка експлуатації виробів цих галузей зумовлює необхідність забезпечення високої якості зварних конструкцій, яка досягається за умови бездефектності швів. При виготовленні зварних конструкцій із матеріалів, товщиною більше 10мм, існують додаткові труднощі щодо виявлення дефектів швів, таких як несплавлення кромок. До того, у зв’язку із значною вартістю і істотними складнощами робіт по виправленню дефектів швів, особливо важливим є питання вибору оптимальних параметрів процесу зварювання і їх підтримки впродовж усього технологічного циклу. З урахуванням зазначеного, задача забезпечення бездефектності швів є однією із найважливіших у зварювальному виробництві, а питання, пов’язані з керуванням процесами їх формування, поліпшенням структур і оптимізацією їх геометричних розмірів безумовно є актуальними.

Слід зазначити, що розширення технологічних можливостей і підвищення продуктивності дугового зварювання неплавким електродом також є вельми важливим. Спрощення технології складання деталей під зварювання, зниження кутових деформацій, звуження зони термічного впливу сприяють більш широкому застосуванню технологій зварювання титанових сплавів. Зовнішні магнітні поля використовують для керування просторовим положенням дуги як джерела нагріву. Однак на цей час практично не вивчено ефективність застосування даного технологічного прийому в умовах зварювання у вузький зазор. Через це дана задача є також актуальною.

Важливими для розвитку даного наукового напрямку є проведені дослідження особливостей розподілу теплової енергії дуги, що відхиляється зовнішнім магнітним полем, закономірностей переміщення її анодної плями, зниження рівня пористості зварних швів при зварюванні неплавким електродом без застосування додаткових металургійних заходів.

Титан та його сплави є важливим конструкційним матеріалом, широко застосованим у сучасному машинобудуванні. Володіючи високою питомою міцністю та жароміцністю при помірних температурах, а також високою корозійною стійкістю у більшості агресивних середовищ, вони у все більших масштабах використовуються в таких галузях машинобудування, як літакобудування та ракетобудування, суднобудування, хімічне машинобудування та інше.

Одним з основних методів з’єднання в конструкціях із титану та титанових сплавів при виробництві сучасних виробів машинобудування є зварювання неплавким електродом у середовищі інертних газів.

Титан та його сплави у розплавленому і у твердому стані при температурі 600С у вимогах зварювального циклу володіють високою хімічною активністю по відношенню до шкідливих домішок: кисню, азоту, водню та вуглецю, що значно утрудняє зварювання. Висока хімічна активність з низькою теплопровідністю і високими електричним опором і температурою плавлення, а також здатність к зростанню зерна в навколо шовній зоні визначають особливості зварювання титану та його сплавів. В результаті високої хімічної активності не можна застосовувати для зварювання титану дугове зварювання з використанням флюсов та покриття, які містять оксиди та інші елементи, забруднюючі шов, киснево – ацетиленове зварювання.


Через це, проаналізувавши, для зварювання титанових товстостінних обичайок ми обрали вид дугового зварювання неплавким електродом у середовищі інертних газів у вузький зазор з електромагнітним керуванням зварювальної дуги.

Виходячи із вимог до установки і її системи керування, було скомпоновано функціонально схему установки, складено циклограму її роботи, електричну принципову схему роботи установки,  розроблено конструкцію елементів та вузлів установки, конструкцію оснащення розроблено на базі серійного зразка. Установки містить: зварювальне джерело живлення, колону, зварювальну головку, оснащення, газову апаратуру та шафу керування. Також було проаналізовано основні шкідливі фактори, які виникають при роботі установки, проведено розрахунок вентиляції, виконано технічко – економічний аналіз розробленої установки.

Дипломний проект включає в себе:

  1.  Пояснювальну записку, в якій розглянуто:
  •  Характеристику матеріалу та способу зварювання
  •  Опис вимог до установки та її САК
  •  Обґрунтувати структуру установки, конструкцію основних її вузлів та пристроїв
  •  Обгрунтувати структури САК установки; принципові електричні схеми блоків САК
  •  Порядок роботи оператора установки
  •  Економічний розрахунок та обґрунтування доцільності створення установки
  •  Питання охорони праці та навколишнього середовища.

  1.  Графічну частину, яка містить:
  •  Загальний вигляд установки
  •  Загальний вигляд зварювальної головки
  •  Загальний вигляд пальника для зварювання неплавким електродом в середовищі інертного газу
  •  Пристрій генерування керуючого магнітного поля.
  •  Схему САК
  •  Схему електричну принципову установки
  •  Циклограму роботи

  1.  Додатки
  •  Список використаної літератури
  •  Специфікації до графічної частини
  •  Перелік елементів до схеми електричної принципової.

1. Характеристика способу зварювання

Установка, що проектується, призначена для зварювання товстостінних обичайок із титану.

Метал титан відноситься до четвертої групи періодичної системи елементів. Титан має дві алотропічні модифікації: низькотемпературну α, яка існує при температурах нижче 882˚С, і β – при більш високих температурах, аж до точки плавлення.

Титан має відносно малу густину, майже в два рази нижчу ніж у заліза, і тому може бути віднесений до числа легких металів. Густина рідкого титану при температурі кристалізації складає 4,11х103 кг/м3

Титан має досить високу температуру плавлення і кипіння. Скрита теплота плавлення, а також випаровування титану майже в два рази більша, ніж у заліза, тому розплавлення титану потребує більших затрат енергії. По питомій теплоємності титан займає проміжне місце між алюмінієм і залізом.

Теплоємність титану зростає з підвищенням температури, а при 870 - 890˚С проходить її стрибкоподібна зміна, пов’язана з алотропічним перетворенням. Теплоємність β–модифікації майже не залежить від температури. Значення коефіцієнта теплопровідності титану в чотири рази менше, ніж у заліза, і в 13 разів менше, ніж у алюмінія. Тому при зварювані титану, по–перше, менше втрат енергії, ніж при зварювані сталі, а по–друге, має місце дуже концентрований нагрів при значному градієнті температур. У ряді випадків це може привести до помітного зростання внутрішніх напружень, що необхідно враховувати при виборі оптимальних режимів зварювання конструкцій із титану. Невелике значення модуля пружності титану відноситься до числа його недоліків, оскільки в деяких випадках для одержання достатньо жорстких конструкцій доводиться застосовувати великі перерізи окремих елементів в порівняні з тими, які виходять із умов міцності. Модуль пружності може бути помітно підвищений шляхом легування титану.

Титан відноситься до парамагнітних металів. Але він відрізняється тим, що при нагріванні його магнітна здатність істотно збільшується, по меншій мірі, до 1100 К. Титан високої степені чистоти, названий по способу одержання іонним, не знаходить ефективного застосування як конструкційний метал, оскільки має невелику міцність (σв ≈ 25 кгс/мм2). Іонний титан достатньо пластичний (δ ≈ 60%, ψ ≈ 80%). В якості конструкційного металу використовують технічний титан, який містить ряд домішок, із яких найважливішими є домішки включення: кисень, азот, водень, а також вуглець. Ці домішки підвищують міцність титану і в різній степені знижують пластичність в’язкість металу. Більшість фізичних властивостей, за виключенням електричного опору і теплопровідності, змінюються в незначній мірі при додаванні до титану невеликої кількості домішок, присутніх в технічному металі. Починаючи з температури 200˚С домішки технічного титану приводять до помітного зниження електричного опору металу [1]. При кімнатній температурі питомий опір технічного титану може перевищувати такий же показник для іонного титану в 1,2...1,7 рази [2]. Зазвичай технічний титан має границю міцності на рівні 300...550 МПа, відносне видовження – 25 %. Сплав ВТ-6 відносять до групи (α+β)-сплавів, які містять крім α-стабілізаторів невелику кількість β-стабілізаторів. В якості легуючого елемента α-стабілізатора найчастіше використовують алюміній, в якості β-стабілізаторів - ванадій, марганець, залізо, хром, молібден. До також додають нейтральні стабілізатори: цирконій. (α+β)-сплави мало відрізняються від α-сплавів. Вони добре штампуються, гнуться, обробляються різанням, задовільно зварюються. Вони технологічні і мають задовільну пластичність при обробці тиском. З цих сплавів виготовляють листи, смуги, плити, поковки, штамповані заготівки, пресовані профілі, труби, дріт. Вони мають високу корозійну стійкість в атмосферних умовах і в багатьох агресивних середовищах. Зазвичай ці сплави застосовують для виготовлення конструкцій, які працюють при температурах до 500 С.

Фізичні властивості титану та відносно висока температура плавлення (1660С) вимагають при зварюванні концентрованого джерела теплоти, але більш низький коефіцієнт теплопровідності та вищий електричний опір створюють умови, при яких для зварювання титану потрібно менше електричної енергії, ніж при зварюванні сталі або алюмінію. Титан практично немагнітний, тому при його зварюванні значно зменшується магнітне дуття дуги. Для зварювання титанових сплавів найчастіше застосовують аргонодугове зварювання неплавким та плавким електродом.

З дугових способів зварювання титана найпоширенішим є зварювання вольфрамовим електродом у середовищі інертних газів. Цей спосіб найбільш універсальний, тому що дозволяє виконувати зварювання в різних просторових положеннях, а також швидко переналагоджувати устаткування при зміні типу з'єднання й товщини металу, що зварюється.

Якість зварних з'єднань визначається головним чином надійністю захисту зони зварювання й чистотою інертного газу. Для зварювання неплавким електродом в основному застосовують аргон 1-го сорту, а в ряді випадків - гелій високої чистоти. У зв'язку з високою хімічною активністю титана при підвищених температурах й особливо в розплавленому стані основними труднощами при його зварюванні плавленням є забезпечення надійного захисту від атмосфери не тільки зварювальної ванни й кореня шва, але й ділянок зварного з'єднання, нагрітих вище 400° С, тобто до тих температур, при яких починається помітна взаємодія титана з газами атмосфери. В залежності від конфігурації й розмірів вузлів, що зварюють, розрізняють три типи захисту зони зварювання інертним газом: 1) загальний захист вузла в камері з контрольованою атмосферою; 2) захист тільки зварного з'єднання з використанням місцевих камер; З) струменевий захист зони зварювання, здійснюваний безперервним обдувом зварювальної ванни та ділянок з'єднання шляхом переміщення сопла з подовженою насадкою.

Камери з контрольованою атмосферою забезпечують найбільш надійний і стабільний захист не тільки зони зварювання, ділянок шва й навколошовної зони, але й зворотної сторони (кореня) шва. Тому застосування таких камер доцільне в серійному виробництві у тому випадку, коли шви розташовуються у важкодоступних місцях. Зварювання в камерах виконують вручну та в автоматичному режимі. При цьому зварник може перебувати як поза камерою, так і всередині її в спеціальному скафандрі. В останньому випадку так називані населені камери забезпечуються складними системами життєзабезпечення зварника, шлюзами для виходу й виходу операторів і подачі деталей, апаратурами для регенерації інертного газу й аналізу його состава.

До переваг титану перед іншими конструкційними матеріалами складаються головним образом у високій питомій міцності і жаростійкості при помірних температурах (до 450-600С) і високій корозійній стійкості у більшості середовищ.

Висока хімічна активність титану та указані вище фізичні властивості, а також схильність до росту зерна в навколошовній зоні визначають особливості зварювання. Внаслідок високої хімічної активності титану не можна використовувати при його зварюванні покриттів та флюсів із вмістом оксидів або інших елементів, які забруднюють шов. Не можна використовувати аргонодугове зварювання із одностороннім захистом зварного з’єднання, якщо незахищені ділянки шва нагріті вище 500С.

Обов’язковою умовою отримання якісного з’єднання при зварюванні плавленням титану є не тільки хороший захист зварювальної ванни, а й ділянок зварного з’єднання, що нагріті до температур вище 500С, від взаємодії із повітрям. У даному випадку доцільним є застосування камер-насадок для місцевого захисту зварного з’єднання.

Дугове зварювання титану та його сплавів у середовищі інертних газів виконують на постійному струмі прямої полярності. При цьому подавання газу повинне випереджувати збудження дуги. Для зварювання деталей товщиною більше 3 мм рекомендовано застосовувати занурену дугу. При цьому вольфрамовий електрод, заточений конусом, занурюється у кратер і переміщується уздовж лінії з’єднання.

Для зварювання запропонованого виробу обираємо спосіб – дугове зварювання неплавким електродом у середовищі інертного газу у вузький зазор з електромагнітним керування зварювальною дугою [4].

При зварюванні в інертних газах підвищується стабільність дуги і знижується чад легуючих елементів, що важливо при зварюванні високолегованих сталей.

В якості інертного газу використовується аргон першого і другого сорту за ГОСТ 10157–79. Аргонодугове зварювання – дугове зварювання в середовищі інертного газу аргону. Ми будемо використовувати аргонодугове зварювання неплавким електродом. В якості неплавкого електрода буде використовуватись вольфрамовий електрод.

Аргон практично не вступає в хімічну взаємодію з розплавленим металом і іншими газами в зоні горіння дуги. Через те, що він на 38% важче повітря, аргон витісняє його з зони зварювання і надійно ізолює зварювальну ванну від контакту із атмосферою. [ ]

При аргонодуговому зварюванні можливий крупно крапельне або струменеве перенесення електродного металу. При крупно крапельному переносі процес зварювання нестійкий, с великим розбризкуванням. Його технологічні характеристики гірщі, ніж при полу автоматичному зварюванні в вуглекислому газі, так як в слідстві меншого тиску в дузі краплі вирощуються до великих розмірів. Діапазон струмів для крупно крапельного переносу достатньо великий, наприклад для дроту d=1.6 мм Icв=120-240А. При силі струму Iсв більш ніж 260А відбувається різкий перехід до струменевого переносу, стабільність процеса зварювання покращується, розбризкування зменшується. Але такі струми не завжди відповідають технологічним вимогам. Тому більш раціонально для забезпечення стабільності процесу використовувати імпульсні джерела живлення дуги, які забезпечують перехід до струменевого переносу на струмах близька Ісв = 100А, а також використання електромагніту для керування зварювальною дугою.

В ході арногодугового зварюваня дуга горить між зварювальним виробом і неплавким вольфрамовим електродом. Електрод розташовано в пальнику, через сопло якого подається захисний газ. Присадковий матеріал подається в зону дуги збоку, і в електричну ланку не включений.


Рис. 1.1. Схема аргонодугового зварювання

При автоматичному  зварюванні розпал дуги не може бути виконано шляхом торкання електродом виробу. По – перше, через те, що аргон володіє достатньо високим потенціалом іонізації, тому іонізувати дуговий проміжок за рахунок іскри між виробом та електродом достатньо важко. По – друге, торкання виробу вольфрамовим електродом призводе до його забруднення і інтенсивного оплавлення. Тому при аргонодуговому зварюванні неплавким електродом для розпалу дуги паралельно джерелу живлення вмикається пристрій «осцилятор».

Осцилятор для розпалу дуги подає на електрод високочастотні високовольтні імпульси, які іонізують дуговий проміжок і забезпечують розпал дуги після включення зварювального струму. Якщо аргонодугове зварювання виконується на змінному струмі, осцилятор після розпалу дуги переходить в режим стабілізатора і подає імпульси на дугу в момент зміни полярності, щоб запобігти де іонізацію дугового проміжку і забезпечити стійкість горіння дуги.

При зварюванні на постійному струмі на аноді і катоді виділяється неоднакова кількість тепла. При токах до 300А 70% тепла виділяється на аноді, и 30% на катоді, тому, практично завжди використовується пряма полярність, щоб максимально проплавляти виріб і мінімально розігрівати електрод. Титан в нашому випадку зварюється на прямій полярності.

Для покращення боротьби з пористістю до аргону іноді добавляють кисень у кількості 3-5%. При цьому захист метала стає більш активною. Чистий аргон не захищає метал від забруднень, вологи і інших включень, які потрапили в зону зварювання із зварюваних кромок або присадкового матеріалу. Кисень, вступивши в хімічні реакції з шкідливими домішками, забезпечує їх вигоряння або перетворення в з’єднання, спливаючі на поверхню зварювальної ванни. Це запобігає пористості.

Як присадку застосовують зварювальний дріт, близький за хімічним складом основному металу. Довжина дуги не повинна перевищувати 1,5 – 2,5 мм, а відстань від виступаючого кінця вольфрамового електрода до нижнього зрізу наконечника пальника при стикових з'єднаннях 1 – 1,5 мм. Робочий тиск аргону в залежності від витрати встановлюється в межах 0,01 – 0,05 МПа

Включення подачі аргону повинне здійснюватись за 3 – 5 с до запалювання дуги, а вимикання - через 5 – 7 с з моменту обриву дуги, що забезпечується електромагнітним клапаном апаратури керування.

Пальник зазвичай розташовується вертикально, а присадка спеціальним механізмом подається в плавильну зону так, щоб кінець дроту спирався на край зварювальної ванни.

Рис. 1.2. Ескіз зварного з’єднання

Параметри режиму зварювання такі:

1. Зварювальний струм, А     до 400

2. Зварювальна напруга, В     20-22

3. Швидкість зварювання, м/год    14

4. Діаметр вольфрамового електрода, мм              5

5. Витрати захисного газу, л/хв.:

- в дугу                  7

- на шов                  6

6. Діаметр присадкового дроту, мм                      до 7

7. Швидкість подачі присадки, м/год                     30…100

Під час зварювання використовується електромагнітне керування зварювальною дугою. При зварюванні прямолінійних швів титанових товстостінних обичайок, необхідно не лише отримати бездефектні та рівноміцні основному металу зварні з’єднання, але й забезпечити їх корозійну стійкість проти різних видів агресивної дії робочих середовищ, не кажучи вже про повне проплавлення. Використання електромагнітного керування полегшує зварювання товстостінних деталей, дозволяє збільшити швидкість зварювання, зменшити зону перегріву и збільшити пластичність металу. При зварюванні титану електромагнітне керування забезпечує подрібнення структури у  шві і навколошовній зоні. При зварюванні з електромагнітним обертанням дуги маємо наступні особливості: котодне пятно зварювальної дуги, знаходиться на торці електроду, нерухомо, тоді як анодне пятно переміщується по зварювальному контуру. При цьому дуга збуджується між виробом і неплавким охолодженим електрододом, що має конфігурацію зварювального контуру. Для переміщення дуги необхідно створити рівномірне магнітне поле, бажано з регульємою напруженістю. Рух дуги зумовлено переміщенням електронів поперек стовба дуги в електромагнітному полі.

2. Вимоги до установки та її САК

Установка є підвісною зварювальною головкою і призначена для зварювання неплавким електродом суцільного перерізу у середовищі захисних газів.

Установка може бути використана, як зварювальна головка в складі станків, автоматичних та автоматизованих ліній. В залежності від виду обладнання, в состав якого входить установка, можливо зварювати прямолінійні або поворотні кільцеві шви.

Кліматичне виконання «У» категорії 4 за ГОСТ 15150-69.

2.1 Технічні вимоги

2.1.1 Установка повинна відповідати вимогам справжніх технічних вимог і комплекту документації відповідно ЗА86.21.0000.000 СК

2.1.2 Основні параметри і розміри

2.1.2.1 Основні параметри повинні відповідати нормам, вказаним в табл. 1

Таблиця 1 – Основні норми установки

Найменування параметрів

Норми

1. Зварювальний струм, при ПВ=80%, А

не більше 400

2. Діаметр електродного дроту, мм

- суцільний

в межах 4;5;6

- порошковий

В межах 2,5

3. Швидкість подачі електродного дроту(регулювання за рахунок змін оборотів електродвигуна), м/год

- суцільний

30…100

- порошковий

3…15

4. Маса апарата(без електродного дроту), кг

не більше 100

2.1.2.2 Габаритні розміри зварювальної головки повинні відповідати величинам, мм, не більше:

довжина                    1100

ширина                      800

висота                        820

2.1.2.3 Оснащення повинно забезпечувати точне позиціонування зварювального виробу;

2.1.2.4 З
варювальна головка має передбачати коректувальні переміщення пальника, щоб уникнути відхилень при монтажі в цеху;

2.1.3 Характеристики

2.1.3.1 Номінальні значення кліматичних факторів по ГОСТ 15150-69 і ГОСТ 15543-70.

Навколишнє середовище не вибухонебезпечне, не містить струмопровідного пилу в концентраціях, знижуючи параметри установки до недопустимих норм.

2.1.3.2 Установка повинна бути стійкою до вібраційних навантажень ступені «У» і багатократним ударним навантаженням ступені жорсткості «1» по ГОСТ 16962-71. За умовами експлуатації в частині корозійної активності атмосфери установка повинна відповідати групі «Л» ГОСТ 15150-69 і ГОСТ 15543-70.

2.1.3.2 Редуктори подаючи механізмів після складання повинні бути обкатані в перебігу 2 годин. В кінці обкатування електродвигуни і редуктори повинні бути перевірені на нагрів:

А) температури двигунів повинна бути не більше +65С

Б) температури мастила в редукторах повинна бути не більше +75С.

2.1.3.4 Механізми подачі повинні забезпечувати плавну подачу електродного дроту через наконечники у всьому діапазоні швидкостей у двох напрямках. При зміні напрямку подачі дроту швидкість подачі не повинна мінятись. Люфт подаючого ролика не повинен перевищувати 5º.

2.1.3.5 Тягове зусилля механізму подачі повинно бути не менш 30 кгс при найбільшій швидкості подачі.

2.1.3.6 По закінченню обкатування редукторів мастило в картерах механізмів замінити. Забезпечити затяжки кріпильних деталей і ущільнень. Текти масло не повинно.

2.1.3.7 При відводі притискних роликів подача електродної проволоки повинна припинятися.

2.1.3.8 Опір ізоляції електричних кіл установки повинен бути не менше 0.4 МОм.

2.1.3.9 При випробуванні напругою змінного струму частотою 50Гц ізоляція електричних кіл в апараті повинна витримувати напругу на протязі 1 хвилини:

А) для кіл, зв’язанних зі зварювальним колом – 1000 В плюс подвійна напруга холостого ходу зварювального кола

Б) для кола керування (та інших кіл) – 500 В плюс подвійна номінальна напруга.

2.1.3.10 Апарат повинен зберігати працездатність при коливаннях напруги мережі в межах від плюс 5 до мінус 10% від номінальної напруги.

2.1.3.11 Напруга радіоперешкод не повинна перевищувати наступні величини в діапазонах частот:

От 0.15 до 0.5 МГц               - 80 дБ

Більше 0.5 до 2.5 МГц          - 74 дБ

Більше 2.5 до 3,0 МГц          - 66 дБ

2.1.3.12 Гранично – допустиме перевищення температури окремих елементів електричної частини установки в залежності від класу ізоляції повинно задовольняти ГОСТ 183-74 і ГОСТ 8865-70.

2.1.3.13 Установка повинна працювати від цехової мережі змінного струму напругою 380 В. Коливання напруги мережі живлення повинні бути в межах від –5 % до + 10 % від номіналу згідно ГОСТ 1309-67.

2.1.3.14 Зварювання виконується на постійному струмі, полярність пряма.

2.1.3.15 Установка повинна працювати від пневматичної магістралі із тиском 0,6 МПа.

2.1.3.16 Корпус пальника повинен бути електрино ізольованим від інших механізмів.

2.1.3.17 Діаметр неплавкого електрода – 5 мм.

2.1.3.18 Діаметр присадкового дроту – 3 мм.

2.1.3.19 Діапазон регулювання положення дроту по вертикалі 10 мм, по горизонталі 3 мм.

2.1.3.20 Вимоги до охорони праці та довкілля наведені у розділі 6.

2.1.3.21 Економічні показники. Коефіцієнт технічного рівня установки, повна собівартість та лімітна ціна визначені у розділі 7.

2.1.4 Комплектність.

2.1.4.1 Установка для зварювання складається із наступних частин:

1. колона (2шт.);

2. направляючі (1шт);

3. пристрій затиску обичайок(1шт);

4. головка зварювальна (ЗА 86.21.0001.000.СК)

5. механізм переміщення (2шт.);

6. механізм подачі(2шт.);

7. джерело зварювального струму (1шт.);

8. блок керування (1 шт.);

9. газова апаратура (1шт.).

 

3. Обґрунтувати структуру установки, конструкцію основних її вузлів та пристроїв

3.1 Структура установки

Складальне креслення установки для зварювання товстостінних обичайок неплавким електродом в середовищі інертних газів наведено на кресленнф ЗА8621.0000.000.СК. Установка складається з таких основних вузлів:

  1.  Колони з направляючою
  2.  Пристрій для затиску обичайки
  3.  Зварювальна головка
  4.  Джерело живлення ВСВУ 315
  5.  Балон
  6.  Шафа керування
  7.  Пульт керування

3.2 Робота установки

В установку входить зварювальна головка, яка закріплена на консолі, та рухається горизонтально по напрямних зі швидкістю зварювання. Коректор призначений для направлення в зону зварювання електродних дротів. Основним елементом коректора є змінний наконечник з направляючими каналами для порошкового або суцільного дроту. Механізм притискання кріпиться за допомогою кліщових затискачів стаканах механізмів подавання. Притиск та відвід притискних роликів виконується ексцентричними осями за допомогою рукояток. Зусилля стиснення електродних дротів регулюється пружинними станками. Горизонтальне переміщення зварювальної головки задається механізмом горизонтального переміщення, та здійснюється за допомогою сталевих роликів, які переміщуються по призматичним напрямним. Вертикальне переміщення задається механізмом вертикального переміщення, який представляє з себе двигун, приєднаний зубчастою передачею до кріплення типу ластівчин хвіст. Пульт керування являє собою коробчасті металоконструкції. Вони можуть кріпитися в зручному для оператора місці. В пульті керування знаходяться кнопки управління установкою в її налагоджувальному і автоматичному режимах, клемникові набори, сальникові виводи і колодки штепсельного роз’єму. Для зручності обслуговування і заміни електрообладнання пульта кришки пульта виконані на петлях. Для зварювання перед початком роботи попередньо повинні бути переведені в робоче положення перемикачі S9 та S13. Перед увімкненням джерела живлення треба переконатися в нормальній подачі води в них, а також в корпус пальника та захисний чобіт. Увімкненням автомату F1 подається напруга на схему (запалюється сигнальна лампа л.с.). Увімкнув перемикач S10 електромагнітного клапану газу і відкрив аргон натиском кнопок S11 і Осцилятор, починається зварювання. Для подачі присадкового дроту вмикається кнопка S2 i S3, вгору, вниз. Для закінчення зварювання натискається кнопка СТОП, а перемикач І9 встановлюється в відповідне положення. В установці для дугового зварювання неплавким електродом попередному налагодженню підлягає зварювальний інструмент, системи керування, газова апаратура, а також механізми і пристрої установки (в тому числі механізм подавання суцільного дроту, горизонтального переміщення, налаштування, для допоміжних коректувальних переміщень, розміщення електродів и присадкового дроту). Особливості налагодження вузлів індивідуальні та оговорюються у технічній документації. В процесі експлуатації установки в першу чергу потрібно стежити за цілісністю зварювального пальника, станом водяного і газового трактів. Щільність водо охолоджувального тракту, проходження води та зовнішні дефекти пальника виявляються візуально. В пальниках з водотокопідводом періодично (не менш, ніж раз на тиждень, після 400 годин використовування щоденно) перевіряють надійність електричних контактів. Для цього використовують низьковольтні пробки або омметр. Для більшої надійності під час вимірювань змінюють положення пальника, або роблять це при пробних підпалах дуги, і наплавленні з різними поворотами пальника. Контрольними підпалами дуги на 1…2 хвилини і наступним оглядом електрода перевіряють надійність подачі газу в зону зварювання. Якщо поверхню електрода покривають окисли синього кольору, то це свідчить або про підсмоктування повітря в газовий тракт, або о нестачі часу подачі газу після зникнення дуги. З наявністю в установці пристрою для збудження дуги періодичному контролю і очищенню піддають електроди розрядних проміжків. Перевіряють також склад контактів у роз’ємних з’єднаннях і електромеханічних реле. В пристроях подачі присадкового дроту необхідно запобігати прослизання дроту в подаючи роликах та звертати увагу на надійність кріплення напрямного каналу для підводу присадки у зварювальну ванну. Несправності обладнання для зварювання, які виявляються під час налагодження (заїдання в механізмах переміщення, або подачі дроту, несвоєчасне вимкнення або неспрацьовування газових клапанів) усуваються швидко, тому що вони достатньо повно описані у технічній документації по обслуговуванню. Важче піддаються діагностуванню несправності, які проявляються тільки під час зварювання: нестабільне палання дуги, провар і швидкість подачі, неправильний ввід присадки у рідку ванну, погане збудження дуги, неправильне фазування запалювального імпульсу, збій у роботі пристрою для усунення постійної складової дуги і т.д. Перед зварюванням робочий кінець електроду заточують під кутом 60 градусів на довжину двох – трьох діаметрів електрода. Заточувати гостро електрод недоцільно, так як при цьому кінець електроду швидко обідняється легко іонізується домішками, а катодна пляма переходить на його бокову поверхню. Ненадійність газового захисту, приводить до окисленню електрода або забрудненню електрода металом зварювального виробу, також може стати причиною нестабільності провару. Ознакою окислення є синій наліт на електроді, а ознакою забруднення – більша витрата електрода і темний наліт на кінці електроду. Забруднюється електрод при неправильному виборі струму підпалу, в результаті невмілих дій зварювальника при підпалі коротким замиканням, через недостатність газового захисту ванни, неправильного вибору режиму зварювання. Тому, починають пошук несправностей с перезатачування електроду і перевірки газового тракту. Потім перевіряють силу струму короткого замикання при подпалі дуги коротким замиканням. Вона не повинна перевищувати 20…25А при роботі на струмі до 200А, та 25…35 при робті на струмі до 400А. Причинам нестабільного провару можуть бути несправності механічної частини пристрою стабілізації довжини дуги, системи автоматичного регулювання її довжини, механізму переміщення зварювальної головки і її вібрація. При експлуатації обладнання з автоматичною подачею дроту іноді спостерігається порушення рівномірності швидкості подачі дроту і неправильний ввід присадки у ванну. Нерівномірність швидкості подачі буває про проковзуванні дроту в подаючих роликах, заїданні її на ділянках від касети до ванни, забрудненні і спотворенні форми каналу для  дроту, а також неправильному вводі та несправному приводі. Для коректування направлення вводу присадки необхідно перевірити положення мундштука і жорсткість його кріплення, якість намотки дроту у касеті і її правки. Поганий підпал дуги обумовлено несправностями газової системи або неправильним вибором і підготовкою неплавкого електроду. Причиною такого дефекту може бути і несправність пальника – несправна ізоляція струму підвідного каналу або між електродом і соплом, висока електропровідність води в системі водоохолодження. Для перевірки роботи збудника рекомендується наступний спосіб: до гнізда відключеного пальника підносять провід, з’єднанним через конденсатор (0,15-0,1 мкФ, 400-500В) з затискачем «Виріб». Якщо збудник працює правильно, іскра з’явиться при довжині проміжку більш 1 мм. При відсутності іскри несправності шукають у збуднику (наявність під’єднаного джерела, стан розрядника і тиристору), а при її присутності – в пальнику або кабелі. На незадовільне збудження дуги впливають  неправильний діаметр електроду, режим зварювання або зміна витрат захисного газу. Стабільність горіння дуги знижується у випадку регулювання струму баластним реостатом, тому це у нашій установці не використовується. Погана робота стабілізатора або пристрою переключення з осциляторного в стабілізаторний режими також визиває порушення стабільності збудження дуги. У стабілізатора найбільш розповсюдженим дефектом є порушення фазування імпульса і зниження його амплітуди. Правильно працює стабілізатор, коли імпульс з’являється із запізненням 60…200 мкс після зміни полярності напруги на дузі. Зниження амплітуди імпульсу пов’язано с несправностями у колі заряду накопичувача стабілізатора. Напруга на  ньому повинна перевищувати 600В.

3.3 Зварювальна головка.

Загальний вид зварювальної головки наведено на креслені ЗА86.21.0001.000.СК.

За прототип головки обрано головку для дугового зварювання Об2146, спроектовану ДКТБ Інституту електрозварювання  ім. О.Є.Патона. Головка призначена для двоелектродного зварювання неплавким електродом у середовищі інертного газу.

Зварювальна головка складається із кронштейна, на якому закріплені вертикальний та горизонтальний супорти, подаючий механізм для подачі суцільного титанового дроту і подаючий механізм для подачі порошкового дроту. На кресленні наведені механізми подачі і суцільного, і порошкового дроту, але для зварювання товстостінних обичайок із титану буде використовуватись механізм подачі суцільного титанового дроту, а механізм подачі порошкового дроту буде демонтовано. На цьому ж кронштейні закріплені коректор присаджувальних дротів і зварювальний пальник. Правильний механізм для правки суцільного дроту в двох взаємоперпендикулярних  площинах закріплено в клиці притискного механізму, який був зібраний в подаючому механізмі.

Оскільки установка, що проектується, призначення для одноелектродного зварювання неплавким електродом з присадкою та магнітним керуванням дугою, зварювальна головка Об2146 потребує внесення змін до своєї конструкції:

- зміна пальника для двоелектродного зварювання на пальний для одноелектродного зварювання неплавким електродом;  

- зсув осі пальника відносно осі подавання присадкового дроту. Вісь пальника повинна бути вертикальною та знаходитись на деякій відстані від каналу подачі дроту;

- подовження каналу для подавання дроту та забезпечення його загинання перед зварювальним пальником так, щоб кінець дроту потрапляв до зварювальної ванни;

- оснащення пальника спеціальним «чобітом» для обдування захисним газом металу шва, що не встиг охолонути.

- встановлення електромагнітного пристрою на подовжений канал для подавання дроту.

Основною несучою конструкцією головки є кронштейн. Кронштейн являє собою зварювальну листову конструкцію, на якому зібрані основні вузли зварювальною головки.

На ньому закріплено механізм переміщення із двигуном, касету із дротом та супорт. Механізм переміщення забезпечує рух головки під час зварювання та неробочого ходу із заданою швидкістю. Також на кронштейну розміщено панель ручного керування зварювальною головкою. На панель винесено кнопки для керування роботою елементів головки та вимірювальні прилади.

До складу головки входить двокоординатний супорт. Супорт складається із корпуса, рейкової передачі та рукояток. За допомогою рукояток оператор може попередньо навести пальник на стик.

На ще одному кронштейні закріплено механізм подачі присадкового дроту із двигуном та кронштейн із зварювальним пальником. Попередньо відстань між пальником та механізмом подачі дроту по вертикалі регулюють за допомогою рукояток.

Пальник закріплено на кронштейні, при цьому його вісь зміщено відносно осі штанги зварювальної головки. Закріплення здійснюється за допомогою хомута, який стягується болтом та гайкою.

На тому ж кронштейні закріплено спрямовуючий канал для присадкового дроту. Таким чином, дріт із касети проходить через гнучкий канал, механізм подачі дроту, штангу та спрямовуючий канал і потрапляє до зварювальної ванни. На спрямовуючому каналі також закріплено електромагніт.

3.4 Зварювальний пальник

Зварювальний пальник зображено на кресленні ЗА86.21.0003.000.СК.

Ефективність зони зварювання обумовлена характером витоку газового струменя із сопла пальника, жорсткістю витоку і значенням зварювального струму. Турбулентний потік газу приводить до підсмоктування повітря, отже, до погіршення якості металу шва. Тому конструкція пальника повинна забезпечити отримання ламінарного потоку газу, або турбулентного потоку, оточеного ламінарним шаром. Останній виникає в результаті тертя газу о стінки сопла. Товщина ламінарного шару залежить від конфігурації сопла, відношення його довжини циліндричної частини до діаметра і характеру введення газу в камеру сопла. Достатня товщина ламінарного потоку забезпечується при відношенні довжини сопла к його діаметру більше одиниці. Між камерою, в яку поступає газ, і соплом, необхідно встановити розсікач, отвори якого направлені перпендикулярно стінкам сопла. При виході із сопла товщина ламінарного потоку поступово знижується через наявність в навколишньому середовищі факторів, руйнуючих газовий потік, що найбільш значно при малій витраті газу, коли газовий потік не жорсткий. Збільшення витрат газу призводить до посилення газового потоку. При дуже великих витратах газу відбувається завихрення потоку. Пальник, який використовується у даній установці, розрахований для робіт при зварювальному струмі до 400А.

У отвір корпуса пальника вставлено цангу 2. Своєю конічною частиною цанга контактує із корпусом. Затискання цанги 2 відбувається за допомогою гайки 4. При закручуванні гайки цанга 2 втягується в корпус, а її пелюстки обтискаються навколо електрода, закріплюючи його.

Сопло 10 кріпиться до корпуса  за допомогою резинових кілець.

Конструктивно корпус складається із двох півкорусів, з’єднаних між собою зварюванням. Після зварювання підсилення швів зрізається, щоб запобігти заклинюванню корпуса  в ізоляторі. Після складання між корпусами залишається гарантований зазор, по якому циркулює охолоджувальна вода. Захисний газ подається до внутрішнього отвору корпуса, потім проходить між пелюстками цанги до сопла.

У пів корпусі виконано отвор для приєднання штуцера, а також канавки для ущільнюючих кілець, які утримують корпус всередині сопла пальника. Корпус виготовляється із сталі 45.

Гайка накидна складається із металевої гайки та держака. Гайка  виконана з двома канавками, а держак  напресований на неї. Канавки створюють додаткове зчеплення між деталями.

Цанга виготовлена із латуні. Цанга має три пелюстки, які при загвинчуванні цанги у гайку обтискаються конічною частиною корпуса пальника та надійно фіксують електрод.

Сопло пальника керамічне, що зменшує можливість налипання бризок металу на внутрішню поверхню сопла. Сопло також забезпечує часткову ізоляцію корпуса пальника від елементів конструкції зварювальної головки.

Штуцер виготовлено із сталі.

3.5 Пристрій генерування магнітного поля.

Пристрій генерування магнітного поля наведено на кресленні ЗА86.21.0004.000.СК.

Зварювання за допомогою магнітного керування – це зварювання електричною дугою, яка поступально або коливально рухається під дією зовнішнього магнітного поля з утворенням з’єднання плавленням. Вплив магнітного поля на дугу використовував ще М.М. Бенардос для її стабілізації. В останні роки увага до керування дугою за допомогою магнітного поля помітно підвищилась. За допомогою магнітокерованої дуги виконують зварювання та наплавлення металів. Вона дозволяє керувати формою і розмірами зварювальної вани, переносом електродного металу та процесом кристалізації металу шва. Магнітне поле відносно осі дуги може бути повздовжнім або поперечним. Вплив поперечного магнітного поля на дугу використовується при в даному проекті. Електрична дуга переміщується в зазорі між торцями зварювальних заготовок із лінійною швидкістю до 200м/с і нагріває кромки. Наступне стиснення і пластична деформація металу забезпечують утворення зварного з’єднання.  Поперечне магнітне поле, накладаючись на власне поле дуги, викликає її відхилення в ту або іншу сторону. Ефект переміщення дуги в поперечному магнітному полі використовують для її руху в зазорі між торцями заготовок. Застосовують схему горіння дуги між кромками зварюваних деталей. Завдяки одягнутому на направляючий канал пристрою генерування магнітного поля, в зазорі між зварюваними кромками створюється радіальне магнітне поле. Якщо між торцями труб збуджується дуга, то на неї діє тангенціальна сила, обумовлена взаємодією струму дуги з магнітним полем. Напрям руху визначається за правилом лівої руки, а швидкість руху обмежується швидкістю переміщення катодної плями. Після збудження дуги її швидкість руху досягає 1000…2000 об/хв по внутрішній поверхні труби. Через 3…5 секунд дуга зміщується по радіусу в зазор, швидкість обертання зменшується, можливі зупинки та короткі замикання зварювального кола. Цей режим короткочасний. Після нього встановлюється стабільний режим із частотою обертання 15000…35000 об/хв. Ще при одному способі зварювання застосовують мідне водо охолоджувальне кільце і котушку електромагніта розташовують співосно. Електрична дуга збуджується між допоміжним електродом і кромками труб. Магнітне поле в зазорі між трубами і мідною підкладкою спрямоване аксіально. Взаємодія радіального струму дуги з аксіальною складовою магнітного поля напруженістю створює зусилля, що обертає дугу. Найбільш доцільний спосіб генерування магнітного поля – між кромками деталей лінійної форми. Він полягає в тому, що дуга рухається вздовж прямолінійних кромок і на їх кінцях відбувається переключення полярності магнітного поля або електричного струму дуги для повернення дуги у вихідне положення, тобто дуга робить зворотно – поступальні рухи. Цей процес виконується із газовим захистом дуги. Для збудження дуги використовується осцилятор. Важливими технологічними параметрами зварювання є сила зварювального струму, напруга дуги, зазор між кромками, напруженість магнітного поля, час зварювання. Рівномірного розподілу теплової енергії по товщині стінки досягнуто зміщенням руху дуги до зовнішньої поверхні труби шляхом оптимального розподілу індукції магнітного поля в зазорі. Завдяки обертанню дуги по зовнішнім кромкам зварні з’єднання мають мінімальні підсилення на внутрішній поверхні труби та стабільну якість. Вплив повздовжнього магнітного поля на електричну дугу використовують для регулювання параметрів шва, подрібнення структури тощо. Встановлено, що в повздовжньому магнітному полі дуги відбуєваться обертання зварювальної ванни внаслідок обертального руху дуги навколо своєї осі. Обертання дуги пояснюється нерівномірним розподілом по її перерізу температури, а внаслідок цього і заряджених часток. Найбільша кількість іонів і електронів утворюються в центральній частині стовпа дуги. Градієнт концентрації зарядженних часток викликає їх дифузію в радіальному напрямку. Вони рухаються перпендикулярно силовим лініям повздовжнього магнітного поля. З урахуванням осьової складової швидкості під дією електричного поля траєкторія заряджених часток являє собою спіральні лінії. Ці частки залучають до руху нейтральні частки дуги і змушують дугу обертатися. Напрям руху залежить від напрямку магнітного поля і не залежить від роду полярності струму. Якщо дивитись в напрямку магнітних силових ліній, стовп дуги обертається проти годинникової стрілки. Унаслідок обертання дуги вона інтенсивно обмінюється енергією з навколишнім середовищем. Тому напруга на ній вища від напруги нерухомої дуги. Крім того, чим більшою є швидкість обертання дуги, тим вищою є стабільність параметрів. При збільшенні напруженості магнітного поля до певної величини дуга змінює свою форму. Замість циліндричної вона набуває конусоподібної форми з вершиною в катодній плямі. Діаметр кільцевої анодної плями пропорціональний силі струму дуги. Таку дугу використовують для регулювання параметрів шва. При збільшенні напруженості повздовжнього магнітного поля глибина проплавлення зростає. При дії на дугу як постійного, так і змінного поперечного магнітних полів глибина проплавлення зменшується з ростом напруженості магнітного поля. Магнітні поля використовують також для керування переносом металу через дугу та ін. Як пристрій генерування магнітного поля в даній установці використовується електромагніт. Електромагніт – це пристрій, що створює магнітне поле при проходженні електричного струму. Він складається з обмотки та феромагнітного осердя, який набуває властивостей магніту при проходженні по обмотці струму. Він закріпляється на кронштейні – напрямному каналі суцільного дроту. Електромагніт підключається до загальної мережі, та вмикається завдяки замиканню герконних контакторів. Після вмикання він створює магнітне поле навколо дуги, і завдяки зміні полюсів дуга починає коливатись. Примусове перемішування при відповідному виборі схем розвитку потоків розплаву може бути використано для отримання більш плавних обрисів та збільшення радіуса хвостової частини зварювальної ванни, що, як відомо, сприяє підвищенню стійкості зварювальних швів проти утворення горячих тріщин. При зварюванні неплавким електродом в аргоні з застосуванням системи автоматичної стабілізації довжини дуги зміна параметрів керування магнітним полем здійснює в цілому малий вплив на геометричні розміри ванни. Проте ріст індукції керування магнітним полем супроводжується деяким збільшенням ширини швів, що є результатом “розмиття” бокових кромок ванни потоками перегрітого розплаву при їх почерговому перемішуванні із головної частини ванни в ванн, що кристалізується.

Рисунок 3.1 – Схема зварювання магнітокерованною дугою між кромками обичайки неплавким електродом. 1- котушка, 2 – виріб, 3 – електрична дуга, 4 – неплавкий електрод.

Механізм горизонтального переміщення вздовж місця зварювання являє собою напрямну, яка закріплена між колонами, на яку встановлено роликовий механізм. Механізм вертикального переміщення використовується в основному для автоматичного регулювання довжини дуги, та являє собою кріплення типу «Ластівкін хвіст», на валу якого закріплено двигун, що переміщає зварювальну головку вгору або вниз, в залежності від сигналу від датчика напруги, який вимірює напругу зварювання.

Шафа керування призначена для розміщення електроапаратури управління установкою. Пульт керування призначений для управління і контролю режимів зварювання.

Притискний пристрій призначений для закріплення окрайок деталей при автоматичному зварюванні прямолінійних швів одностороннім швом.

Пристрій складається із рами, консольної балки із мідною підкладкою та затискного пристрою. Сформовану обичайку, зібрану на прихватках, одягають на консольну балку, розміщуючи стик посередині мідної підкладки, та подають команду про вмикання притискачів. За командою електродвигун вмикається і при цьому виріб важелями притискається до підкладки. Після зварювання важелі відводяться від виробу, звільняючи його. Використовується притискний пристрій Р-605.

Балон призначений для зберігання і транспортування захисного газу під високим тиском. Під час зварювання використовуються балони ємкістю 40 дм3, товщина стінок якого складає 5,2 мм, довжина корпуса – 1340 мм, зовнішній діаметр – 219 мм, маса – 43 кг. Аргон знаходиться у балоні у стисненому стані. Редуктори призначені для пониження тиску газу, поступаю чого через нього із балона або розподілюючого трубопроводу, і автоматичного підтримання постійного робочого тиску. Тиск газу в балоні показує манометр високого тиску 1, проходить через відчинений пружиною 8 клапан 11 і поступає в камеру низького повітря 10. При проходженні через клапан газ долає значний опір, в результаті якого тиск за клапаном, тобто в камері низького тиску, понижується. Цей тиск показує манометр низького тиску 3. Із камери низького тиску захисний газ через вентиль 6 направляється до зварювальної головки. Регулювання робочого тиску захисного газу виконується наступним чином. При вкручуванні регулюючого гвинта 9 стискуються пружини 8 і 4, відчиняється клапан 11 і тиск в камері низького тиску зростає. Чим більше відкрито клапан, тим більша кількість газу буде проходити через нього, и тим більше буде робочий тиск газу. При укручуванні гвинта 9,  навпаки, клапан 11 закривається і тиск газу в камері 10 зменшується. Автоматичне підтримання робочого тиску в редукторі постійним виконується таким чином. Зі зменшенням витрат газу його в камері низького тиску буде зростати, і він, з більшою силою буде давити на мембрану 7, яка відійде вниз і стисне пружину 8. При цьому пружина 4 прикриє клапан 11 і буде тримати його в такому положенні до тих пір, поки тиск в камері 10 не стане знову рівний початковому. Навпаки, зі збільшенням витрат газу його тиск в камері низького тиску зменшується, мембрана під дією пружини 8 переміщується вгору, і відкриває клапан. Таким чином, автоматично регулюється подача газу із камери високого тиску в камеру низького тиску і тим самим підтримується постійним робочий тиск. При випадковому тиску більше, ніж допустимий в камері низького тиску, відкривається запобіжний клапан 5 і стиснений газ вийде в атмосферу. В установці використовується редуктор АР-40.

Рисунок 3.2 – Схема пристрою і роботи газового редуктора: а) – неробоче положення, б) – робоче положення.

4. Обгрунтувати структури САК установки; принципові електричні схеми блоків САК

Електрообладнання установки включає в себе:

1) Джерело зварювального струму ВСВУ – 315;

2) Електродвигун ЭП 110/245; 0,2 кВт; 110В; 2,5 А з електродвигуном ЭТІЕ-1;

3) Електродвигун КПА-562, 0,06 кВт; 48 В; з електроприводом Об 1991;

4) Електродвигун СЛ-570С; 0,18 кВт; 24 В з електроприводом Об1991;

5) Апаратуру керування

6) Вимірювальні пристрої

4.1 Схема електрична принципова.

Електричну принципову схему установки наведено на кресленні ЗА86.21.0000.000.201.

Автоматичне зварювання передбачає автоматизацію процесів збудження та підтримки стійкого горіння дуги, подачі дроту до зони плавлення, переміщення дуги у заданому напрямку вздовж зварювальних кромок із певною швидкістю, припинення зварювання і заварювання кратерів у кінці шва. Установка містить джерело живлення ВСВУ – 315. Конструктивно блок складається із зварювального джерела струму, осцилятора, блока заварки кратера.

Джерело струму має крутоспадну зовнішню характеристику. Рід струму, який виробляє джерело – постійний. При цьому оператор має можливість попередньо задати силу струму на панелі керування джерела потенціометром RP1.

Також до складу джерела струму уведено блок запалювання та підтримання горіння дуги і блок заварки кратера. Блок запалювання дуги вмикається при отриманні джерелом живлення команди про вмикання, а також у тих випадках, коли під час зварювання відбувається неприпустиме збільшення напруги дуги (дуга розривається). Блок заварки кратера вмикається при зникненні сигналу про вмикання джерела живлення. Блок керує рівнями зварювального струму та напруги під час зварювання кінцевої ділянки шва для запобігання появі пропалень.

Апаратура керування розміщена в шафі керування і на підвісному пульті, вимірюючи пристрої – на підвісному приладовому пульті. На пульті розміщено кнопки “Пуск” та “Стоп” для подання команд про початок та зупинку зварювання відповідно, а також “Затискання” при закріпленні виробу. Пульт побудовано таким чином, щоб при натисканні на кнопки на вхід контролера надходив низький рівень напруги (логічний "нуль"). Така схема дозволяє попередити сприймання обриву дроту як відсутність сигналу.

Блок контролера має аналогові та цифрові входи. На аналогові входи контролера надходять перетворені дані від датчика струму, на цифрові – дані від датчиків положення – кінцевих вимикачів, кнопок пульта керування та сигналів про аварійну роботу елементів установки від блоку підсилювачів та адапторів.

Зварювальна головка містить механізми переміщення та подачі дроту. Швидкості зварювання та подачі дроту задають за допомогою потенціометрів.

Механізм подачі дроту А1 живиться від трансформатору Т1. На вході до блоку встановлен пристрій захисту від збурень F2. Після цього відбувається підключення дроселю L1. Після замикання контакторів К7 та К8 відбувається підключення електродвигуна M1.1. Вимірювання швидкості подачі дроту відбувається завдяки покажчику швидкості PV2.

Електромагніт YA1 вмикається завдяки замиканню герконних контакторів. Електромагніт має два полюси ЕМ+ та ЕМ-, завдяки чому и відбувається коливання дуги під час зварювання для повного заповнення шва.

Механізм переміщення зварювальної головки А2 також має пристрій захисту від збурень F3. Блок регулювання переміщенням живиться від трансформатору Т2, який понижає напругу. Швидкість переміщення задається резистором R5 ланкою 66-67-68. Керування переміщенням механізму відбувається натиском кнопок S2, S3, та контакторами К3 і К4, відповідно до яких установка починає рухатись «Назад» та «Вперед». Вмикається електродвигун М2.1, після чого заміряється швидкість переміщення зварювальної головки, завдяки покажчику швидкості PV3.

 

Напруга живлячої мережі 380 В, 50 Гц, кіл керування 100 В, 50 Гц і 24 В.

Джерело струму має крутоспадну зовнішню характеристику. Рід струму, який виробляє джерело – змінний. При цьому оператор має можливість попередньо задати амплітуду імпульсів струму прямої та зворотної полярності та тривалість кожного з них на панелі керування джерела. Також до складу джерела струму уведено блок запалювання та підтримання горіння дуги і блок заварки кратера. Блок запалювання дуги вмикається при отриманні джерелом живлення команди про вмикання, а також у тих випадках, коли під час зварювання відбувається неприпустиме збільшення напруги дуги (дуга розривається). Блок заварки кратера вмикається при зникненні сигналу про вмикання джерела живлення. Блок керує рівнями зварювального струму та напруги під час зварювання кінцевої ділянки шва для запобігання появі пропалень.

Установка може працювати в налагоджувальному і автоматичному режимах. В налагоджувальному режимі виконуються операції: з пульта керування кнопками «ВПЕРЕД» S5, «НАЗАД» S4, здійснюється керуванням електроприводом блоку горизонтального переміщення, S3, S15 подача присадкових дротів – порошкового та суцільного перерізу відповідно.

Перед початком автоматичної роботи перемикач S9 необхідно встановити у відповідне положення для підготовки до роботи джерела живлення. Перемикачем S10 вмикається подача газу. Здійснивши попередній продув газу кнопкою S11 вмикається зварювання. Перемикачем S13 обирається момент початку переміщення: одночасно з увімкненням джерела живлення або до збудження дуги.

Колом 13-15-14 подається команда на вмикання джерела живлення. Колом 75-77-72 вмикається подача суцільного дроту. Вмикається осцилятор. Збуджується дуга. Замикаються  герконові контакти датчиків струму Е1, Е2 та електромагніту, отримає живлення реле К1 і своїм замикаючим контактом К1 в колі 112-116 вмикається реле відліку часу зварювання К6.

Зварювання вимикається по закінченню часу (розривається коло 112-111), або натиском на кнопку «СТОП СВАРКИ» S12. Зупиняється подача електродних дротів. Після вимикання реле К4 джерело отримає команду на заварку кратера. Регулювання часу заварки кратеру здійснюється з пульта керування зварювальним джерелом живлення. Через 2-3 секунди потрібно вимкнути подачу газу перемикачем S10. Увімкнення і регулювання швидкість електродвигунів подачі дротів здійснюється оператором з пульта керування.

Спостереження за струмом і напругою зварювання, швидкістю подачі дроту и швидкістю переміщення зварювальної головки можна вести за приборами з підвісного приладового пульта.

Для стабілізації та регулювання довжини дуги застосовується автоматичний регулятор напруги дуги АРНД. Його робота основана на пропорційності напруги дуги довжині стовпа дуги. Головні вимоги до виконавчої частини АРНД – відсутність люфтів і малі моменти торкання. В розробленій установці регулюючою дією є примусова відбудова заздалегідь заданої (опорної) напруги на дузі. Це здійснюється зміною довжини дугового проміжку шляхом переміщення електрода по висоті. При зростанні напруги на дузі електрод автоматично опускається, і, навпаки, при зменшенні дугової напруги електрод підіймається. З цією метою в зварювальну головку вбудована спеціальна система стабілізації дугової напруги. Так як напруга на дузі залежить ще й від струму на дузі, то при його незмінному значенні у випадку зміни струму відбувалось б небажана зміна довжини  дуги. Струм дуги змінюється при збудженні дуги, при заварці кратера. Блок циклу повинен враховувати цю особливість системи АРНД. Зазвичай АРНД вмикається тільки після збудження дуги і вимикається у процесі заварки кратера. При збудженні дуги коротким замиканням на малому струмі система АРНД може вмикатись до збудження дуги, однак її характеристики повинні відрізнятись від характеристик в процесі зварювання для запобігання виникнення автоколивань. Сучасні АРНД мають чутливість 50 мВ і більше, і статичну похибку 0.1 В. Швидкість обробки складає 5-20 мм/с. В установці використовується система АРНД з лінійним двигуном. При цьому способі керування напругою, яка підводиться до якоря виконавчого двигуна, по значенню, пропорційна відхиленню напруги на дузі від заданого і співпадає з нею по знаку. Ця система більш надійна, ніж система з релейним двигуном.

4.2 Циклограма

Циклограма зображена на плакаті.

Виходячи із обраної технології та схеми компонування установки, вона повинна забезпечувати:

- переміщення зварювальної головки із заданою швидкістю;

- виконання у заданій послідовності операцій, необхідних для проведення зварювання заданим способом;

- можливість тестування окремих операцій циклу зварювання в режимі налагодження.

Основні операції процесу зварювання такі:

- підведення неплавкого електроду до шва – виконується оператором в режимі налагодження;

- завантаження деталей - виконується оператором вручну;

- зварювальні переміщення зварювальної головки - виконується механізмом горизонтального та вертикального переміщення;

- створення захисного середовища - реалізується системою подачі газу;

- запалювання дуги - реалізується пристроями початкового запалювання дуги (осциляторами);

- створення напруги на дузі - реалізується зварювальним джерелом живлення;

- визначення кінця шва - реалізується кінцевими вимикачами.

Після завантаження деталей у складальний пристрій та фіксації виробу (команди подає оператор) відбувається підведення пальника до шва оператором.

Потім відбувається початкове створення захисного середовища - обдування газом початкової ділянки шва. Для початкового запалювання дуги вмикається осцилятор і відбувається пробивання повітряного проміжку між електродом і виробом, запалюється дуга та вмикається електромагніт. Після встановлення у зварювальному колі струму заданої величини починається переміщення зварювальної головки, відбувається зварювання. Протягом цього етапу струм на дузі та напруга на дузі, коливання дуги від електромагнітного пристрою не змінюються.

Після надходження з кінцевого вимикача сигналу сигналу про те, що досягнуто кінця шва, відбувається заварка кратера при вимкнених механізмах переміщення і подачі дроту за рахунок роботи вбудованого у джерело живлення блоку заварки кратера. Після завершення процесу вимикається джерело живлення. Система подачі газу ще деякий час працює для обдування кінцевої ділянки шва захисним газом.

Відбувається відведення пальника від шва. Це робить оператор.

Команду на звільнення виробу оператор подає вручну.

4.3 Схема електрична функціональна.

Функціональну схему наведено на кресленні ЗА86.21.0000.000.102.

Установка для зварювання неплавким електродом містить такі основні блоки:

1. Блок керування. Функціонально блок складається із таких вузлів:

- блок живлення – забезпечує перетворення змінної напруги мережі живлення на постійну напругу, необхідну для роботи елементів блока керування;

- пульт керування – призначений для розміщення органів керування елементами установки;

- блок керування – основний керуючий блок. У пам’яті контролера зберігається програма роботи установки, тобто порядок вмикання та вимикання її елементів. Контролер аналізує сигнали, які надходять від датчиків установки та залежно від їх рівнів коригує програму роботи устаткування;

- інтерфейс – є сукупністю описів і узгоджень процесів передачі управління в підпрограму(контролер) та відображення інформації.

2. Зварювальне джерело живлення – забезпечує живлення зварювальної дуги.

3. Датчик струму – забезпечує поточне вимірювання енергетичних параметрів дуги під час зварювання.

4. Механізм поздовжнього переміщення із приводом – забезпечує переміщення зварювальної головки у заданому напрямку із заданою швидкістю. 

5. Датчик напругиподає інформацію про напругу на дузі для стабілізації довжини стовпа дуги.

6. Механізм подачі присадкового дроту із приводом – забезпечує підведення присадкового дроту у зону горіння дуги із заданою швидкістю.

7. Відсікач газу – забезпечує подавання газу до пальника та припинення подавання газу при вимиканні установки.

8. Датчики положення штанги автомата – кінцеві вимикачі, які визначають положення пальника по вертикалі.

9. Блок електромагнітного керування зварювальною дугою – забезпечує створення електромагнітного поля навколо дуги.

5. Оцінка електромагнітної індукції

У результаті численних дослідів Майкл Фарадей у 1831 р. виявив таке: будь-яка зміна магнітного потоку крізь якийсь контур викликає появу електричного поля, а якщо контур замкнений і провідний, то в ньому виникає струм. Це явище одержало назву закону електромагнітної індукції. Як відомо, електричне поле створюється електричними зарядами, а магнітне поле — рухомими зарядами, тобто електричним струмом. Між ними існує дуже тіс¬ний  взаємозв'язок.  Маг¬нітне поле, що змінюється в часі, породжує електричне поле, а  змінне електричне поле породжує магнітне.   Без  цього  зв'язку між полями різноманітність виявів електромагнітних сил не була б такою широкою, якою вона є насправді. Не існувало б ні радіо¬хвиль, ні світла.
Перший вирішальний крок у відкритті нових властивостей електромагнітних взаємодій зробив основоположник уявлень про електромагнітне поле — Фарадей. Він був упевнений в єдиній природі електричних і магнітних явищ. Завдяки цьому Фарадей зробив відкриття, що лежить в основі будови всіх гене¬раторів електростанцій світу, які перетворюють механічну енергію : в енергію електричного струму. (Інші джерела: гальванічні еле¬менти, акумулятори та ін.— дають мізерну частину енергії, що виробляється).
Явище  електромагнітної   індукції — виникнення  електрично¬го струму в провідному контурі, який або розміщений нерухомо в змінному магнітному полі, або переміщується в постійному маг¬нітному полі так, що кількість ліній магнітної індукції, що перетинають контур, змінюється. Це явище було відкрите 29 серпня  1831 р.
У   замкнутому   провідному   контурі   виникає струм,   коли  змінюється   кількість  ліній   магнітної  індукції,   що  пронизують  площу,  обмежену  цим контуром. І чим швидше змінюється кількість  ліній   магнітної   індукції,   тим   більший   виникає    струм. Яка причина цього, не має значення. Це може бути і зміна кількості ліній магнітної індукції, що пронизують площу нерухомого провідного   контуру    внаслідок   зміни   сили   струму   в  сусідній котушці, і зміна кількості ліній  індукції внаслідок руху контуру в неоднорідному     магнітному полі, густота ліній якого змінюється     в просторі.  Закон електромагнітної індукції встановлює кількісне вираження індукованої е. р. с. Е. р. с., індукована в замкненому контурі при зміні зчепленого з ним магнітного потоку, дорівнює швидкості зміни потокозчеплення, взятій з від'ємним знаком.

Для отримання магнітної індукції використовується не один виток кругового струму, а соленоїд – рівномірно  намотаний на циліндричний каркас дротова спіраль, по який проходить електричний струм. Іншими словами, соленоїдом можна вважати совокупність кругових струмів однакового діаметра, маючих загальну вісь.

Лінії магнітної індукції входять в соленоїд з одного краю і виходять з іншого, огинаючи його з зовнішньої сторони. Магнітна індукція поля буде дорівнювати:

, де

N=810 – кількість витків

I = 5 Aструм в катушці

L = 150 – довжина соленоїда

6. Порядок роботи оператора установки

До порядку  роботи оператора установки входить:

1. Слідкування за подачею деталей до установки.

2. Затискання заготовки у механізмах затискання.

3. Налагодження установки на зварювання, в тому числі підвід електроду

4. Подавання команди про початок зварювання.

5. Слідкування за процесом зварювання, в разі необхідності зупиняючи його кнопкою Аварійний стоп.

6. Розкріплення виробу після завершення зварювання та заварки кратера.

7. Вивантаження готового виробу із машини.

Анотація

Ключові слова: зварювання неплавким електродом в інертному газі, товстостінна обичайка, обладнання, система керування, техніко-економічний аналіз, охорона праці.

Розроблено установку для зварювання прямолінійних швів товстостінної обичайки неплавким електродом у середовищі інертного газу. Визначено вимоги до установки, розроблено її структуру, конструкцію окремих блоків та систему керування. Проведено аналіз електромагнітної індукції. Розглянуто питання охорони праці. Проведено техніко-економічний аналіз.

Аnnotation

Key words: TIG welding, tank, equipment, monitoring system, occupational safety and health, environment protection, technical-economical analysis

The diploma is devoted to development of welding system for TIG welding of thick-walled tanks. Equipment main parameters were determined, equipment structure, main units’ construction and monitoring system were developed. Analysis of Electromagnetic induction has been done. The problems of occupational safety and health and environment protection has been considered. The technical-economic machinery creation expediency analysis was done.

Зміст

Вступ………………………………………………………………………….7

1.  Характеристика способу зварювання……………………………….......11

2.  Вимоги до установки та її САК……………………………………….....20

3. Обґрунтувати структуру установки, конструкцію основних її вузлів та пристроїв……………………………………………………………………...26

4. Обгрунтувати структури САК установки; принципові електричні схеми блоків САК……………………………………………………………………40

5. Оцінка електромагнітної індукції………………………………………...48

6. Порядок роботи оператора установки……………………………………50

7. Економічна частина………………………………………………………..51

8. Охорона праці та навколишнього середовища…………………………..60

Висновки………………………………………………………………………71

Список літератури…………………………………………………………….72
Додатки

Висновки

1. Спроектована установка призначена для зварювання прямолінійного шва товстостінної обичайки. Матеріал, з якого виготовляється обичайка – титан.

2. Проаналізовано особливості зварюваного матеріалу та конструктивні особливості виробу. Призначено спосіб зварювання – неплавким електродом у середовищі інертного газу з електромагнітним керуванням зварювальною дугою. На основі аналізу складено технічне завдання на проектування.

3. Виходячи із вимог до установки та її системи керування, скомпоновано функціональну схему установки, складено циклограму її роботи. Установка містить: зварювальне джерело живлення, колону, зварювальну головку, пристрій затиску обичайок, газову апаратуру та шафу керування.

4. Розроблено конструкцію елементів та вузлів установки, зокрема зварювальної головки та пальника.

5. Відповідно до функціональної схеми складено електричні принципову схему установки.

6. Проаналізовано основні шкідливі фактори, які виникають при роботі установки. Проведено розрахунок вентиляції. Виконано техніко-економічний аналіз розробленої установки.

Список літератури

1. Справочник по сварке цветных металлов/ Гуревич С. М.; Отв. ред. Замков В. Н. – 2-е изд., перераб. и доп. – Киев. Наукова думка, 1990. – 512 с.

2. Промышленные титановые сплавы. Справочник./ Под ред. Квасова Ф. И., Фридляндера И. Н. – М.: Металургия. – 1984. – 315 с.

3. Автоматичне керування електрозварювальними процесами і установками: Навч. посібник. За ред. В.К.Лебедева, В.П.Черниша. – К.: Вища шк., 1994. – 391с.: іл.

4. Технология электрической сварки металлов и сплавов плавлением (Под ред. акад. Б.Е.Патона. – М.: Машиностроение, 1974. - 798 с.

5. Чвертко А.И., Патон Б.Е., Тимченко В.А. Оборудование для механизированной дуговой сварки и наплавки. – М.: Машиностроение, 1981. – 264 с.

6. Оборудование для дуговой сварки: Справ. пособие /Под ред. В.В.Смирнова. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 656 с.

7. ГОСТ 14771-76. Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

8. Методичні вказівки до виконання дипломного проекту.  

9. Квасницький В.В Спеціальні способи зварювання: Навчальний посібник – Миколаїв: УДМТУ, 2003. – 437 с.

10. Александров А.Г. Эксплуатация сварочного оборудования: Справочник рабочего / Г.А. Александров, И.И. Заруба, И.В. Пиньковский. – К.: Будивэльнык, 1990 – 3-е издание, перераб. И доп. – 224 с.

11. Левченко О. Г. Охорона праці у зварювальному виробництві. Навчальний посібник. – К.: Основа, 2010. – 240 с.

12. Безопасность труда в промышленности/ К.Н.Ткачук, П.Я.Галушко, Р.В.Сабарно и др. – К.:Техніка, 1982. – 231с.

13. Правила техники безопасности при эксплуатации электроустановок.- М.:Энергоатомиздат, 1986. – 144с.

14. Справочник по охране труда на промышленном предприятии/ под ред. Ткачук К.Н. и др. – К.:Техніка, 1991. – 285с.

15. Справочник по пожарной безопасности в электроустановках. Изд-е 2-е, испр. и доп. – М.: Стройиздат. – 1983.

16. Справочник по технике безопасности.- 6- е изд.- М.: Энергоатомиздат, 1984.- 824 с.

17. Методичні вказівки до виконання організаційно-економічного розділу дипломних проектів та курсових робіт з проектування машин та устаткування /Уклад. В.Г. Герасимчук, Л.А. Кузьменко. – К.: Політехніка, 2002 – 20 стр.

Додатки


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

53650. Художественная культура Древнего Рима. Мифологические представления древних римлян 110.5 KB
  Основные понятия урока: античное искусство этруски патриотизм империя Методы: Наглядный просмотр репродукций и иллюстраций работа с карточками по мифологии словесный рассказ учителя беседа учителя и учеников письменное заполнение таблицы. Ход урока: Время Содержание урока речевая деятельность учителя и учеников Примечания по выполнению: этапы урока деятельность...
53651. Знакомство с отрывком из рассказа И.С.Соколова-Микитова «Русский лес» 31.5 KB
  Сегодня не покидая нашего класса мы отправляемся в весенний лес. – А что можно услышать ранним утром войдя в весенний лес шум ручья пение птиц как ветер гуляет в юной листве Представьте раннее утро По лесу идет Иван Сергеевич Соколов-Микитов. Учитель читает отрывок из произведения Русский лес Соколова-Микитова.
53652. Лицемерие в комедии Ж.Б.Мольера «Тартюф» 57 KB
  Кого сегодня нет учитель отмечает в журнале отсутствующих. Учитель: Запишите пожалуйста тему урока. Учитель: Запишите пожалуйста эпиграф полное имя и годы жизни драматурга. Учитель: До Мольера комедии считались низким жанром.
53653. Бюджетирование как инструмент финансового планирования. Финансовые бюджеты 27 KB
  Планирование текущей деятельности предприятия заключается в построении генерального бюджета, представляющего собой систему взаимосвязанных операционных и финансовых бюджетов
53654. Прямоугольник и квадрат 53 KB
  Цель: Формировать первоначальное представление о геометрических фигурах: прямоугольник и квадрат. Задачи: 1 уточнить понятия прямоугольника и квадрата выявить существенные признаки прямоугольника и квадрата 2 формировать способность к распознанию фигур на основе существенных свойств изображению и вычислению их периметра 3 развивать устные вычислительные навыки логическое мышление обогащать...
53655. Деление чисел с разными знаками 2.66 MB
  Организационный момент Учитель: Здравствуйте садитесь. Проверка домашнего задания учитель включает проектор со слайдом домашней работы на котором также отражены критерии оценки работы Учитель: Поменяйтесь тетрадями. ученики сверяют ответы Учитель: Критерий оценки: все решено верно – ставьте ПЯТЬ один минус – ЧЕТЫРЕ дватри минуса – ТРИ во всех остальных случаях – ДВА. Устная работа Таблица с правилом знаков на магнитной доске Учитель: повторим правило знаков для умножения внимание на магнитную доску.
53656. Сложение 36 KB
  Что обозначают точки Сравните эти ряды что вы заметили в 1ом ряду числа расположены в порядке возрастания в 2ом ряду в порядке убывания 2. слайд № 5 счет до 10 в прямом и обратном порядке Назову я вам число Всем известное оно.
53657. Смысл сложения. Выражение. Равенство 31.5 KB
  Оборудование: таблички со словами: выражение сумма слагаемые значение суммы равенства; кодоскоп с заданиями на пленке таблица Грибы счетный материал белки и грибы 30 шт. наборное полотно калькуляторы корзинки кондитерские грибы на ватмане рисунок Старичка моховичка схема объединения множеств. Приглашаю вас друзья По грибы сегодня я.Коля с мамой в лес ходил Там грибы он находил А когда домой пришел Все грибы сложил на стол.
53658. Прием вычитания с переходом через десяток 58.5 KB
  Записать на доске пример 124 Как можно вычесть 4 Можно вычесть 4 по частям. Убрать два круга из нижнего ряда Сколько мы вычли из 12 Сколько осталось кругов Записать 122=10 А нам надо вычесть 4. Дополнить первую запись 12 4 2 Затем убрать с наборного полотна еще два круга и записать: 12 – 2 2 Сколько кругов осталось Как мы из...